太空“千里眼”觀全球風(fēng)云變化

● 文|國(guó)家衛(wèi)星氣象中心 唐世浩 王曦 鄭旭東 孫瑞靜 郭徵

2017年夏季，北美、澳洲、歐洲等地區(qū)以及我國(guó)大范圍持續(xù)高溫、干旱，而我國(guó)華南及長(zhǎng)江中下游地區(qū)暴雨頻發(fā)。嚴(yán)峻形勢(shì)下，一顆顆被譽(yù)為“千里眼”的風(fēng)云氣象衛(wèi)星時(shí)刻緊盯天氣變化，為人民的生命財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航。正是基于這些“守護(hù)者”的辛勤工作，氣象工作者才能完成各種精細(xì)監(jiān)測(cè)和及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，助力防災(zāi)減災(zāi)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

2017年7—9月，風(fēng)云二號(hào)F星（FY-2F）啟動(dòng)8次區(qū)域觀測(cè)（華北區(qū)域暴雨預(yù)報(bào)服務(wù)、9號(hào)臺(tái)風(fēng)“納沙”預(yù)報(bào)服務(wù)、18號(hào)臺(tái)風(fēng)“泰利”預(yù)報(bào)服務(wù)等）。共獲取4106幅區(qū)域云圖。風(fēng)云氣象衛(wèi)星在熱帶氣旋監(jiān)測(cè)、旱情監(jiān)測(cè)以及高溫監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮了重要作用。本文對(duì)風(fēng)云氣象衛(wèi)星以上三方面的系統(tǒng)功能和2017年夏季的典型應(yīng)用進(jìn)行介紹。

一、風(fēng)云氣象衛(wèi)星熱帶氣旋監(jiān)測(cè)

1.功能描述

氣象衛(wèi)星是監(jiān)測(cè)熱帶氣旋的有效手段。利用氣象衛(wèi)星高時(shí)間分辨率的特點(diǎn)，可對(duì)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確定位定強(qiáng)，為判斷臺(tái)風(fēng)路徑提供客觀依據(jù)，評(píng)估臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的風(fēng)雨影響。

2.典型應(yīng)用

2017年7月，風(fēng)云氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到在西北太平洋和南海海域上共生成8個(gè)臺(tái)風(fēng)，有3個(gè)臺(tái)風(fēng)登陸我國(guó)，其中9號(hào)臺(tái)風(fēng)“納沙”和10號(hào)臺(tái)風(fēng)“海棠”分別于7月30日和31日先后在福建省福清市沿海登陸，給我國(guó)東部地區(qū)造成明顯的風(fēng)雨影響。

2017年7月26日，位于菲律賓以東洋面的熱帶低壓加強(qiáng)為2017年第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“納沙”，強(qiáng)度為熱帶風(fēng)暴。14:00，風(fēng)云四號(hào)A氣象衛(wèi)星（FY-4A）500m分辨率監(jiān)測(cè)圖像（圖1）顯示：“納沙”中心附近及北側(cè)螺旋云帶對(duì)流發(fā)展旺盛，中心北側(cè)部分低層螺旋云帶外露，中心東側(cè)及南側(cè)出現(xiàn)明顯絲縷狀卷云羽，結(jié)合當(dāng)日13:30風(fēng)云二號(hào)G靜止衛(wèi)星（FY-2G）水汽導(dǎo)風(fēng)監(jiān)測(cè)圖像可以看出，“納沙”中心西南側(cè)高層流出氣流較強(qiáng)，并且其西南側(cè)季風(fēng)云系發(fā)展旺盛，有利于后期強(qiáng)度增強(qiáng)。

2017年7月28日13:30，F(xiàn)Y-2G氣象衛(wèi)星水汽通道高層速度勢(shì)與輻散場(chǎng)監(jiān)測(cè)圖像顯示（圖2），“納沙”中心南側(cè)高層流出氣流較強(qiáng)，西側(cè)熱帶低壓高層輻散同樣較強(qiáng)，其南側(cè)的輻散較大，由于兩者距離較近，存在一定“互旋”效應(yīng)。

2017年7月29日13:30，F(xiàn)Y-2G氣象衛(wèi)星水汽通道高層速度勢(shì)與輻散場(chǎng)監(jiān)測(cè)圖像顯示，“納沙”中心高層輻散明顯，“海棠”南側(cè)的高層輻散較強(qiáng)。15:30，F(xiàn)Y-4A氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)（圖3）顯示：“納沙”主體云系已移至臺(tái)灣以東洋面，其環(huán)流結(jié)構(gòu)完整清晰，中心有上沖云頂，北側(cè)外圍云系已影響福建東部、浙江南部沿海地區(qū)。

第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“納沙”于7月30日6時(shí)左右在福建省福清市沿海登陸，減弱為熱帶低壓。第10號(hào)臺(tái)風(fēng)“海棠”強(qiáng)度為熱帶風(fēng)暴等級(jí)。15:30，F(xiàn)Y-4A氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)（圖4）顯示：此時(shí)“納沙”主體云系位于福建省境內(nèi)，強(qiáng)度明顯減弱，但仍可見(jiàn)完整低層環(huán)流結(jié)構(gòu)，下午其北側(cè)螺旋云帶出現(xiàn)明顯上沖云頂，浙江東北部局地受該對(duì)流云團(tuán)影響出現(xiàn)1小時(shí)50m m以上的降水；下午“海棠”主體云系位于“納沙”東南側(cè)，環(huán)流結(jié)構(gòu)逐漸趨于完整，中心西南側(cè)云帶對(duì)流發(fā)展旺盛，北側(cè)云系已開(kāi)始影響臺(tái)灣南部沿海地區(qū)?！凹{沙”于7月30日20:00停止編號(hào)。

圖1 FY-4A氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)圖像（500m分辨率，2017年7月26日14:00）

圖2 FY-2G氣象衛(wèi)星水汽通道高層速度勢(shì)與輻散場(chǎng)監(jiān)測(cè)圖像（2017年7月28日13:30）

圖3 FY-4A氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)圖像（2017年7月29日15:30）

圖4 FY-4A氣象衛(wèi)星監(jiān)測(cè)圖像（2017年7月30日15:30）

二、風(fēng)云氣象衛(wèi)星旱情監(jiān)測(cè)

1.功能描述

氣象衛(wèi)星是監(jiān)測(cè)旱情的有效手段。利用風(fēng)云三號(hào)B極軌衛(wèi)星（FY-3B）攜載的微波成像儀(M WR I)低頻通道可反演地表土壤水分，通過(guò)分析土壤水分的變化監(jiān)測(cè)旱情信息。

2.典型應(yīng)用

2017年7月，北美、澳洲等地出現(xiàn)持續(xù)高溫天氣，部分地區(qū)旱情發(fā)展，對(duì)作物生長(zhǎng)造成影響。FY-3B微波土壤水分監(jiān)測(cè)顯示，北美中部、澳大利亞西南部和東部、意大利等地地表土壤水分較上年同期顯著偏低，存在明顯旱情。

FY-3B/M WR I地表土壤水分對(duì)比分析顯示（圖5至圖7），2017年7月上旬，美國(guó)中部和北部（包括蒙大拿州、北達(dá)科他州、南達(dá)科他州、內(nèi)布拉斯加州、堪薩斯州、明尼蘇達(dá)州、艾奧瓦州、伊利諾伊州等地）以及加拿大南部（薩斯喀徹溫省南部）的地表土壤水分較上年同期顯著偏低；7月中旬，美國(guó)北部偏西地區(qū)和偏南地區(qū)（蒙大拿州南部和堪薩斯州大部）地表土壤水分偏低的狀況明顯好轉(zhuǎn)，7月下旬，美國(guó)中部部分地區(qū)地表土壤水分偏低的狀況進(jìn)一步好轉(zhuǎn)。分析表明：2017年7月份，美國(guó)中部和北部、加拿大南部部分地區(qū)旱情較為明顯。

圖5 FY-3B/MWR I北美地區(qū)地表土壤水分差異圖（2017年7月上旬v s 2016年7月上旬）

圖6 FY-3B/MWR I北美地區(qū)地表土壤水分差異圖（2017年7月中旬v s 2016年7月中旬）

圖7 FY-3B/MWR I北美地區(qū)地表土壤水分差異圖（2017年7月下旬v s 2016年7月下旬）

三、風(fēng)云氣象衛(wèi)星高溫監(jiān)測(cè)

1.功能描述

氣象衛(wèi)星是監(jiān)測(cè)高溫的有效手段。利用風(fēng)云三號(hào)極軌氣象衛(wèi)星可見(jiàn)光掃描輻射計(jì)（VIRR）紅外通道數(shù)據(jù)反演的地表溫度可用于監(jiān)測(cè)地表高溫。

2.典型應(yīng)用

2017年6月下旬，我國(guó)全國(guó)范圍持續(xù)出現(xiàn)高溫晴熱天氣，利用風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，針對(duì)中國(guó)區(qū)域開(kāi)展了地表高溫監(jiān)測(cè)。

FY-3B VIRR監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，2017年6月26日，全國(guó)大范圍出現(xiàn)高溫天氣。高溫面積最大的日期出現(xiàn)在7月10日（圖8），超過(guò)45℃、50℃和60℃的高溫面積分別為183.3萬(wàn)平方千米、144.1萬(wàn)平方千米和74.2萬(wàn)平方千米（上述衛(wèi)星影像及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)僅考慮晴空條件下的地表高溫信息）。

圖8 FY-3B/VIRR氣象衛(wèi)星全國(guó)地表高溫面積統(tǒng)計(jì)圖

隨著風(fēng)云氣象衛(wèi)星的穩(wěn)定運(yùn)行與數(shù)據(jù)的廣泛共享，風(fēng)云衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域與水平有了快速的發(fā)展。逐步從定性應(yīng)用向定量應(yīng)用發(fā)展，在臺(tái)風(fēng)、洪澇、干旱等多種災(zāi)害監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣象災(zāi)害的有效監(jiān)測(cè)，降低了自然災(zāi)害對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響。應(yīng)用領(lǐng)域由氣象逐步拓展到減災(zāi)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等多個(gè)方面，在我國(guó)民用遙感衛(wèi)星中效益發(fā)揮最好、應(yīng)用范圍最廣。

截至2017年年底，我國(guó)已經(jīng)成功發(fā)射16顆氣象衛(wèi)星，在軌9顆，7顆投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，為氣象、海洋、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、民航等應(yīng)用領(lǐng)域提供了大量全球及區(qū)域的地球觀測(cè)信息。中國(guó)氣象局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，以臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)為例，從 1998年風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星投入運(yùn)行以來(lái)，截至2017年11月，已對(duì)登陸或影響我國(guó)的176個(gè)臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)全覆蓋。風(fēng)云氣象衛(wèi)星資料的加入，使臺(tái)風(fēng)、高溫、旱情的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率連年提升，為我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對(duì)氣候變化、保障生態(tài)文明建設(shè)等做出了重要貢獻(xiàn)。

風(fēng)云氣象衛(wèi)星已被聯(lián)合國(guó)世界氣象組織納入全球?qū)Φ赜^測(cè)業(yè)務(wù)衛(wèi)星序列。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前接收和應(yīng)用風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星資料的國(guó)家和地區(qū)達(dá)77個(gè)，覆蓋“一帶一路”周邊37個(gè)國(guó)家。